JPS63153821A - Alignment device - Google Patents

Alignment device

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JPS63153821A
JPS63153821A JP62269194A JP26919487A JPS63153821A JP S63153821 A JPS63153821 A JP S63153821A JP 62269194 A JP62269194 A JP 62269194A JP 26919487 A JP26919487 A JP 26919487A JP S63153821 A JPS63153821 A JP S63153821A
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mark
reticle
wafer
light
alignment
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Toshio Matsuura
松浦 敏男
Kyoichi Suwa
恭一 諏訪
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  • Container, Conveyance, Adherence, Positioning, Of Wafer (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)

Abstract

PURPOSE:To detect an alignment mark positively, and to enable alignment having high accuracy at high speed by mounting a diffraction pattern section to diffract illumination beams toward the outside of a projection optical path in a mark region of a mask and an optical reflection section to reflect illumination beams toward the mark on the wafer. CONSTITUTION:A reticle mark 4 is scanned with beltlike spot beams 30, and a photoelectric device 25 outputs a signal 32a having two peaks in response to one of chromium surfaces 4a. Beltlike spot beams 30 are transmitted through a reticle 1, and changed into beltlike spot beams 30' of a wafer and scan a wafer mark 17, and a photoelectric device 29 outputs a signal 32b. Lastly, the wafer mark 17 is conformed to the center of the reticle mark 4, the center of a central section 4b, thus relatively aligning the reticle 1 and a chip 33 (or the wafer 3).

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、IC露光装置の位置合わせ装置に関し、特に
、投影露光装置で投影光学系を用し:たスルー・ザ・レ
ンズ(TTL)方式の位置合わせ装置に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to an alignment apparatus for an IC exposure apparatus, and more particularly to a through-the-lens (TTL) type alignment apparatus using a projection optical system in a projection exposure apparatus.

一般に、LSIやVLS I製造用焼付装置の光学レン
ズによる投影露光法に於いて、マスクのパターンは、結
像投影レンズを通してウェハ上に投影される。特に、マ
スクパターンをウェハ上に10分の1程度に縮小して投
影露光する装置に於いては、一枚のウェハに同一パター
ンを繰り返し露光する。その為、各チップを焼き付ける
毎に、マスクとウェハとの相対位置を投影レンズを通し
て(スルー・ザ・レンズ方式。以下TTLと呼ぶ、)観
察し、位置合わせの状態を確認する事が望ましい。この
様な方式は、ステップ・アライメント又は、イーチ・ア
ライメントと呼ばれている。
Generally, in a projection exposure method using an optical lens of a printing apparatus for manufacturing LSI or VLSI, a mask pattern is projected onto a wafer through an imaging projection lens. In particular, in an apparatus that performs projection exposure by reducing a mask pattern onto a wafer by reducing it to about one-tenth, a single wafer is repeatedly exposed to the same pattern. Therefore, each time each chip is printed, it is desirable to observe the relative position of the mask and wafer through a projection lens (through-the-lens method, hereinafter referred to as TTL) to check the state of alignment. Such a method is called step alignment or each alignment.

近年、ウェハ上のパターンの線幅が1μm程度になるに
至って、ステップ・アライメントの高精度化、高速化が
要求され、作業者の疲労の低減のためにもアライメント
すなわち、位置合わせの自動化、いわゆるオート・アラ
イメントが必要となってきた。
In recent years, as the line width of patterns on wafers has become approximately 1 μm, higher precision and higher speed step alignment are required.In order to reduce worker fatigue, automation of alignment, or so-called positioning, is required. Auto alignment has become necessary.

従来、TTLオート・ステップ・アライメントとしして
は、ウェハ・アライメント・マーク像及びレチクル・ア
ライメント・マーク像を、ITVカメラによる走査又は
、スリット走査で光電変換して、ウェハとレチクルの相
対位置を検出する方法がとられて来た。第1図は、[T
Vカメラを用いた従来技術によるTTL・オート・、ス
テップ・アライメント装置を示す。IC露光装置は、レ
チクル1上のパターンを、ウェハ3上に縮小投影レンズ
2で焼き付ける。TTLオート・ステップ・アライメン
トを行うために、このレチクル1上のレチクル・アライ
メント・マーク4及びウェハ3上のウェハ・アライメン
ト・マーク5を、ITVカメラ14の受光面に再結像さ
せる。但しこのウェハ・アライメント・マーク5は、投
影レンズ2によってレクチル1上に一担、結像ささてい
る。
Conventionally, in TTL auto step alignment, a wafer alignment mark image and a reticle alignment mark image are scanned by an ITV camera or photoelectrically converted by slit scanning to detect the relative position of the wafer and reticle. A method has been taken to do so. Figure 1 shows [T
A conventional TTL auto-step alignment device using a V-camera is shown. The IC exposure apparatus prints a pattern on a reticle 1 onto a wafer 3 using a reduction projection lens 2. In order to perform TTL auto step alignment, the reticle alignment mark 4 on the reticle 1 and the wafer alignment mark 5 on the wafer 3 are reimaged on the light receiving surface of the ITV camera 14. However, this wafer alignment mark 5 is imaged onto the reticle 1 by the projection lens 2.

ITVカメラ14の受光面上の像は、図中左側の円形拡
大部分17で与えられており、像4′はレチクル・アラ
イメント・マーク像、像5′はウェハ・アライメント・
マーク像である。これらの像をTV走査線で走査した光
電信号により、レチクル1とウェハ3との相対位置を検
知して、レチクル1の位置又はウェハ3の位置を移動す
る事により、レチクル1と、ウェハ3 (チップ)を決
められた相対位置にアライメントする。光源7、先導波
路8、集光レンズ9、視野絞り10、ハーフミラ−11
、アライメント用対物レンズ12、ミラー13は、照明
系を構成する。このような従来技術による装置では、ア
ライメント・マークのコントラストが低いため、このマ
ークの測定が困難になるという欠点がある。例えば、S
t ウェハ上にSi O!によって形成されたマークを
検出する場合、Si &Si O□との全反射率は、は
とんど等しいために、マークとウェハとのコントラスト
が低くなる。ITVによる光電信号は、そのコントラス
トに応じた濃淡信号であるため、マークの検出が困難に
なる可能性がある。さらに、このS/N比の低い信号で
アライメントを行う場合、アライメント精度をあげるた
めには信号を長時間積算処理する必要があり、このため
アライメント速度が低下する。又、ウェハ上のアライメ
ント・マーク5のパターン形成状況、及びレジストの塗
布による影響などによって信号の形態が一様でなくなる
という欠点もある。例えば、レジストの塗布による影響
によって、レジストの干渉等により、アラインド・マー
クが、結像面上で、暗線となったり、明線となったり、
或は、マークの縁の部分で明暗が反転する等の現象が生
じる。従って、マークのi1識、マーク位置の検出は、
非常に複雑なものになっていた。
The image on the light receiving surface of the ITV camera 14 is given by a circular enlarged portion 17 on the left side of the figure, where image 4' is a reticle alignment mark image and image 5' is a wafer alignment mark image.
It is a statue of Mark. The relative positions of reticle 1 and wafer 3 are detected by photoelectric signals obtained by scanning these images with TV scanning lines, and by moving the position of reticle 1 or the position of wafer 3, reticle 1 and wafer 3 ( (chip) to a determined relative position. Light source 7, leading waveguide 8, condensing lens 9, field stop 10, half mirror 11
, alignment objective lens 12, and mirror 13 constitute an illumination system. Such prior art devices have the disadvantage that the alignment marks have a low contrast, making them difficult to measure. For example, S
t SiO! on the wafer! When detecting a mark formed by Si and SiO□, the contrast between the mark and the wafer is low because the total reflectance of Si and SiO□ is almost equal. Since the photoelectric signal from ITV is a gray level signal depending on its contrast, it may be difficult to detect marks. Furthermore, when alignment is performed using a signal with a low S/N ratio, it is necessary to integrate the signal for a long time in order to improve the alignment accuracy, which reduces the alignment speed. Further, there is also a drawback that the shape of the signal is not uniform due to the pattern formation condition of the alignment mark 5 on the wafer and the influence of resist coating. For example, due to the influence of resist coating, resist interference, etc., the alignment mark may become a dark line or a bright line on the imaging plane.
Alternatively, a phenomenon occurs in which the brightness and darkness are reversed at the edge of the mark. Therefore, mark i1 identification and mark position detection are as follows:
It had become very complicated.

このため、ITVによる明視野観察にかえて、レーザビ
ームを照明光とした暗視野検出方式を採用する試みもな
されている。暗視野検出の場合は、マークの段差エツジ
部で生じる散乱、回折光を検出するので、マーク周辺部
の信号が無い状態に対してマーク部からのみ信号が得ら
れるために、信号のS/N比が良(検出率が高いという
利点がある、また暗視野検出は明視野にくらべるとレジ
ストの塗布による影響が少ないとされている。
For this reason, attempts have been made to adopt a dark field detection method using a laser beam as illumination light instead of bright field observation using ITV. In the case of dark-field detection, since the scattered and diffracted light generated at the step edge of the mark is detected, the signal is obtained only from the mark while there is no signal around the mark, so the S/N of the signal is low. The ratio is good (it has the advantage of a high detection rate), and dark field detection is said to be less affected by resist coating than bright field detection.

ところで第1図に示した明視野によるアライメント光学
系、又は暗視野によるアライメント光学系のいずれにお
いても、露光装置として考えると、1つの不都合点が存
在する0通常レチクルアライメント・マークは露光すべ
き回路パターン領域の周辺に極近接して設けられるため
、TTL方式の7ライメントが完了すると、アライメン
ト光学系の−1部(例えば第1図ではミラー13等)を
露光領域外に退避させなければならない、このような構
成は露光vjt置のスループ7トの点で不利であるとと
もに、可動とする光学材料の設定精度を比較的高くして
おかねばならないといった問題点がある。
By the way, in either the bright-field alignment optical system or the dark-field alignment optical system shown in Fig. 1, there is one disadvantage when considered as an exposure device.Normally, the reticle alignment mark is the circuit to be exposed. Since it is provided very close to the periphery of the pattern area, when the TTL method 7 alignment is completed, the -1 part of the alignment optical system (for example, the mirror 13 in FIG. 1) must be evacuated outside the exposure area. Such a configuration is disadvantageous in terms of the throughput of the exposure position vjt, and also has the problem that the setting accuracy of the movable optical material must be relatively high.

そこで本発明は、アライメントマークを簡単な構成で確
実に検出し、スループントを落すことなく高速、高精度
な位置合わせを可能とする装置を提供することを目的と
する。
SUMMARY OF THE INVENTION Therefore, an object of the present invention is to provide an apparatus that can reliably detect alignment marks with a simple configuration and perform high-speed, highly accurate positioning without reducing throughput.

この目的を達成するため、本発明においてはマスク(レ
チクル)と投影レンズとの間で、かつマスクの回路パタ
ーン等の投影光路(露光領域)外からマスクのマーク領
域に向けてコヒーレントな照明光(レーザビーム)を照
射する照射手段(18,19,20,21,22,23
,24,48,49)を設け、マスクのマーク領域には
照明光を投影光路外に向けて回折させる回折パターン部
(60a)と、照射光を投影光学系を介して被転写体(
ウェハ)のマーク17へ向けて反射させる光反射部(6
0b)とを形成するようにした。
In order to achieve this objective, the present invention provides coherent illumination light ( irradiation means (18, 19, 20, 21, 22, 23) for irradiating laser beam);
, 24, 48, 49), and the mark area of the mask is provided with a diffraction pattern part (60a) that diffracts the illumination light toward the outside of the projection optical path, and a diffraction pattern part (60a) that directs the illumination light to the target object (60a) through the projection optical system.
The light reflecting portion (6) reflects the light toward the mark 17 on the
0b).

次に本発明の特定の実施例について詳細に説明するが、
その前にレーザビーム使ったTTL方式のアラインド系
の1&礎的な技術について説明する。
Next, specific embodiments of the present invention will be described in detail.
Before that, I will explain the basic technology of the TTL alignment system using a laser beam.

一般に、IC投影露光装置の投影レンズは、高分解を得
ろために、1.2種の特定の波長に対してのみ、色収差
、球面収差等を除去している。この特定の波長が、露光
に使用する波長となる。そこでこの投影レンズの色収差
、球面収差等の影響を受けない波長の光をアライメント
用照明光として使うものとする。以下基礎技術の説明、
及び本発明の特定の実施では、露光光源として、水銀ラ
ンプのg線を用いるものとする。従ってg線で収差をと
った投影レンズを使用し、アライメントマーク検出用の
照明光源として、He−Cd(ヘリウム・カドミウム)
レーザーを採用する。 He −Cdレーザーの発振波
長は、441.6 n mで、g線の波長436nmと
はり一敗するために、収差の影響を除去する事ができる
。アライメント・マーク検出用の照明光源として、レー
ザー光を使う事によって、レチクル面上及びウェハ面上
の走査光として、任意の形、こ−では、スリット状の細
長いスポット光(帯状ビーム)を容昌に形成する事が出
来、又高譚度が得られる。
In general, the projection lens of an IC projection exposure apparatus removes chromatic aberration, spherical aberration, etc. only for 1.2 specific wavelengths in order to obtain high resolution. This specific wavelength becomes the wavelength used for exposure. Therefore, light with a wavelength that is not affected by chromatic aberration, spherical aberration, etc. of this projection lens is used as alignment illumination light. Below is an explanation of the basic technology.
And in a particular implementation of the invention, the g-line of a mercury lamp is used as the exposure light source. Therefore, a projection lens with an aberration removed by the g-line is used, and He-Cd (helium cadmium) is used as the illumination light source for alignment mark detection.
Adopt laser. The oscillation wavelength of the He-Cd laser is 441.6 nm, which is much lower than the wavelength of the G-line, which is 436 nm, so that the influence of aberrations can be removed. By using laser light as an illumination light source for alignment mark detection, a long and narrow spot light (band beam) in an arbitrary shape, in this case a slit shape, can be created as scanning light on the reticle surface and the wafer surface. It can be formed to a high degree of accuracy.

第2図、3図は、本発明の基礎技術によるアライメント
装置の光学系を示す、第2図、3図において、各々上方
の正方形はレチクルlを上面から見たものであり、下部
の正方形はウェハ3上のチップ33を上面から見たもの
である。また第3図は第2図を右側面から見た図である
。レチクル1の上方には、g線の露光用光源が配置され
、レチクル1上のパターンを投影レンズ2で縮小してウ
ェハ3上に投影するが、これは従来の装置と同様である
。レチクル1の周辺部には、レチクルlとウェハ3上の
チップ33の相対位置を検出するためのレクチルアライ
メントマーク4が設けられている。このレチクルアライ
メントマーク4 (以下、単にレチクルマーク4とする
。)は、図中、円101内に示した如く、2本の細長い
スリット状のクロム面4aと、2本のクロム面4aで挟
まれた中心部4bとからなり、以下に述べるウェハアラ
イメントマークの走査光及び回折光ぐ戻り光)が通るの
で、その中心部4bは白抜き、すなわちクロムを設けず
におく必要がある。ウェハアライメントマーク17は、
例えば第1回目の露光焼付けでウェハ3上の各チップ3
3に設けられる。尚、レチクル1とウェハ3は、投影レ
ンズ2を介して光学的に共役な位置関係にあるので、レ
チクルマーク4の中心部4bには、チップ33のウェハ
アライメントマーク(以下単にウェハマークとする。)
17が結像する。このサチクルマーク4とウエハマーク
17は、前述のHe−Cdレーザ光の走査によって検出
されるe He−Cdレーザ光源18はコリメーターレ
ンズ系19.21、固定ミラー20を介してビーム走査
用振動ミラー22、に達する。コリメーターレンズ系に
よってレーザ光ビームは、その断面が帯状に細長くされ
る。振動ミラー22は、図中紙面内で振動していて、レ
ーザ光を走査する。走査されたレーザ光は、走査の範囲
を制限する視野絞り48、対物レンズ系49、及びミラ
ー23.24を介して、レチクル1の上側からレチクル
マーク4付近に導びかれる。レチクル1に達したレーザ
光は、振動ミラー22による走査方向とはり直交する方
向に細長(形成された帯状スポット光30となる。同時
に、この帯状スポット光30は、レチクルマーク4の細
長いクロム面4aと同一方向に細長く形成される。そし
て円101内のように帯状スポット光30がレチクルマ
ーク4上を走査して、クロム面4aを照射すると、はと
んどの光が反射され、中心部4bを照射すると、帯状ス
ポット光30は、投影レンズ2をとおってウェハ3上に
達する。クロム面4aで反射された光は、レチクル1の
上側(露光光源側)に設けられた光電素子25によって
光電検出される。一方、中心部4bを透過した帯状スポ
ット光30は、投影レンズ2で縮小され、帯状スポット
光30′と、してウェハ3上のウェハマーク17を走査
する。この際、ウェハマーク17は、帯状スポット光3
0′の走査方向と直交する方向、すなわち、帯状スポッ
ト光30’の長手方向に複数の微小線分要素を一列にな
らべた、一種の回折格子を形成するようなアライメント
マークにする。
2 and 3 show the optical system of the alignment device according to the basic technology of the present invention. In each of FIGS. 2 and 3, the upper square is the reticle l viewed from above, and the lower square is the This is a top view of chips 33 on wafer 3. Moreover, FIG. 3 is a view of FIG. 2 viewed from the right side. A G-line exposure light source is placed above the reticle 1, and the pattern on the reticle 1 is reduced by a projection lens 2 and projected onto the wafer 3, similar to the conventional apparatus. A reticle alignment mark 4 is provided around the periphery of the reticle 1 to detect the relative position of the reticle 1 and the chip 33 on the wafer 3. This reticle alignment mark 4 (hereinafter simply referred to as reticle mark 4) is sandwiched between two elongated slit-shaped chrome surfaces 4a and two chrome surfaces 4a, as shown in a circle 101 in the figure. Since the scanning light of the wafer alignment mark (to be described below and the diffracted light returning light) passes through the central part 4b, the central part 4b needs to be blank, that is, without chrome. The wafer alignment mark 17 is
For example, each chip 3 on the wafer 3 is
3. Note that since the reticle 1 and the wafer 3 are in an optically conjugate positional relationship via the projection lens 2, a wafer alignment mark (hereinafter simply referred to as wafer mark) of the chip 33 is located at the center 4b of the reticle mark 4. )
17 is imaged. The cell mark 4 and the wafer mark 17 are detected by the scanning of the He-Cd laser beam described above. The He-Cd laser light source 18 passes through a collimator lens system 19.21 and a fixed mirror 20 to a vibrating mirror 22 for beam scanning. , reach. The cross section of the laser beam is elongated into a strip-like shape by the collimator lens system. The vibrating mirror 22 is vibrating within the plane of the drawing and scans the laser beam. The scanned laser beam is guided from above the reticle 1 to the vicinity of the reticle mark 4 via a field stop 48 that limits the scanning range, an objective lens system 49, and mirrors 23 and 24. The laser beam that has reached the reticle 1 becomes an elongated (formed) strip-shaped spot light 30 in a direction perpendicular to the scanning direction by the vibrating mirror 22. At the same time, this strip-shaped spot light 30 When the band-shaped spot light 30 scans the reticle mark 4 as shown in the circle 101 and irradiates the chrome surface 4a, most of the light is reflected and the center part 4b is illuminated. When irradiated, the band-shaped spot light 30 passes through the projection lens 2 and reaches the wafer 3.The light reflected by the chrome surface 4a is photoelectrically detected by the photoelectric element 25 provided on the upper side of the reticle 1 (on the exposure light source side). On the other hand, the band-shaped spot light 30 that has passed through the center portion 4b is reduced by the projection lens 2 and scans the wafer mark 17 on the wafer 3 as a band-shaped spot light 30'. is the band-shaped spot light 3
An alignment mark is formed by arranging a plurality of minute line segment elements in a line in a direction perpendicular to the scanning direction of 0', that is, in the longitudinal direction of the band-shaped spot light 30', forming a kind of diffraction grating.

このようにすると、帯状スポット光30′がウェハマー
ク17を照射したとき、ウェハマーク17から回折光が
生じる。この様子を第3図に基づいて説明する。ウェハ
マーク17は図中、円102内のような断面形状になっ
ていて、微小線分要素31が帯状スポット光30′の長
手方向に並んでいる。像側(ウェハ側)テレセンドリン
クの投影レンズでは、ウェハ表面での反射光は、往路と
同じ光路を戻る。従って、ウェハマーク17で生じた正
反射光は、投影レンズ2を通ってレチクルマーク4の中
心部4bに結像する。さらに、ウェハマークで回折され
た回折光のうち投影レンズ2を通ったものはレチクルマ
ーク4の中心部4bに結像する。例えば投影レンズのN
、A、−0,35、ウェハマーク17の格子周期を4μ
m、走査するレーザビームの波長を441.6 nmと
すると、0次(正反射光)、±1次、±2次、±3次程
度の回折光が投影レンズ2を戻る。一方、ウェハマーク
17のない部分は、レーザ光の前反射光、すなわち0次
光のみが投影レンズ2を戻ることになる。
In this way, when the band-shaped spot light 30' illuminates the wafer mark 17, diffracted light is generated from the wafer mark 17. This situation will be explained based on FIG. The wafer mark 17 has a cross-sectional shape like a circle 102 in the figure, and minute line segment elements 31 are lined up in the longitudinal direction of the band-shaped spot light 30'. In a projection lens with an image side (wafer side) telescopic link, the light reflected from the wafer surface returns along the same optical path as the forward path. Therefore, the specularly reflected light generated by the wafer mark 17 passes through the projection lens 2 and forms an image on the center portion 4b of the reticle mark 4. Further, out of the diffracted light diffracted by the wafer mark, that which passes through the projection lens 2 forms an image on the center portion 4b of the reticle mark 4. For example, the N of the projection lens
, A, -0,35, the grating period of wafer mark 17 is 4μ
m, and the wavelength of the scanning laser beam is 441.6 nm, then diffracted light of approximately 0th order (regular reflection light), ±1st order, ±2nd order, and ±3rd order returns through the projection lens 2. On the other hand, in the area where the wafer mark 17 is not present, only the front reflected light of the laser beam, that is, the zero-order light, returns through the projection lens 2.

第3図中、円103内は、投影レンズ2の瞳6上の回折
光の様子を示し、θ次光30″から離れた位置に、正負
高次の回折光34’35’が現われる。第3図でも明ら
かなように、レチクル1又はウェハ3上に形成される帯
状スポット光30.30′の長手方向と、瞳6上にでき
る0次光30“の長手方向とは直交するように定められ
る。こうして、レチクル1のマーク領域の中心部4bに
達した回折光は、レチクルlを透過して、第2図に示し
たミラー24に入射して、レー、ザ光源18への光路を
たどる。そこで、第2図で、ミラー20から視野絞り4
8、ミラー24までの光学系内にハーフミラ−等(不図
示)を挿入して、ウェハからの信号光の一部を分岐する
。分岐した信号光は、第3図に示すように、結像用対物
レンズ26によって投影レンズ2の瞳6を共役面6′に
結像する。
In FIG. 3, the circle 103 shows the state of the diffracted light on the pupil 6 of the projection lens 2, and positive and negative higher-order diffracted lights 34' and 35' appear at positions away from the θ-order light 30''. As is clear from FIG. 3, the longitudinal direction of the band-shaped spot light 30, 30' formed on the reticle 1 or wafer 3 is set to be perpendicular to the longitudinal direction of the zero-order light 30'' formed on the pupil 6. It will be done. In this way, the diffracted light that has reached the center 4b of the mark area of the reticle 1 passes through the reticle 1, enters the mirror 24 shown in FIG. 2, and follows the optical path to the laser light source 18. Therefore, in Fig. 2, from the mirror 20 to the field stop 4,
8. A half mirror or the like (not shown) is inserted into the optical system up to the mirror 24 to branch part of the signal light from the wafer. The branched signal light forms an image of the pupil 6 of the projection lens 2 on a conjugate plane 6' by the imaging objective lens 26, as shown in FIG.

その結像面6′には、回折光のうち0次光のみをカット
するフィルター27が配置され、高次回折光34#、3
5#は集光レレズ28によって集光され、光電素子29
に達する。
A filter 27 that cuts only the 0th-order light of the diffracted light is arranged on the imaging surface 6', and a filter 27 that cuts only the 0th-order light of the diffracted light is arranged.
5# is focused by the focusing lens 28, and the photoelectric element 29
reach.

以上説明した構成において、レチクルマーク4のクロム
面4aからの反射光を受光する光電素子25と、ウェハ
マーク17からの高次回折光を受光する光電素子29の
光電信号は各々、第4図、5図に示したようになる。第
4図で、前述の帯状スポット光30は、レチクルマーク
4を矢印の方向に走査する。この時、光電素子25は、
クロム面4aの−に対応して、図のような2つのピーク
を有する信号32aを出力する。この信号32aの2つ
のピーク点を正確に積出すことによって、2つのクロム
面4aの中心位置が正確に求められる。尚、クロム面4
aが低反射クロム面であっても、同様な信号が得られ、
反射光量の不足、すなわち光電素子25への受光量不足
の原因とはならない。
In the configuration described above, the photoelectric signals of the photoelectric element 25 that receives the reflected light from the chrome surface 4a of the reticle mark 4 and the photoelectric element 29 that receives the higher order diffracted light from the wafer mark 17 are respectively shown in FIGS. The result will be as shown in the figure. In FIG. 4, the aforementioned band-shaped spot light 30 scans the reticle mark 4 in the direction of the arrow. At this time, the photoelectric element 25 is
A signal 32a having two peaks as shown in the figure is output corresponding to the - of the chrome surface 4a. By accurately integrating the two peak points of the signal 32a, the center positions of the two chrome surfaces 4a can be accurately determined. In addition, chrome surface 4
Even if a is a low-reflection chrome surface, a similar signal can be obtained,
This does not cause an insufficient amount of reflected light, that is, an insufficient amount of light received by the photoelectric element 25.

帯状スポット光30は、前述のようにレチクル1を透過
して、ウェハ上で帯状スポット光30’となってウェハ
マーク17を走査する。先にも述べたようにウェハマー
ク17は、第5図に示すように、微小線分要素31が一
列に並んだ周期構造体である。そして、微小要素の並び
の方向が帯状スポット光30’の長手方向とはり平行に
なるように配置され、帯状スポット光30’は図中矢印
の方向に走査される。帯状スポット光30′がウェハマ
ーク17を走査すると、光電素子29は図のような信号
32bを出力する。光電素子29は、1次以上の回折光
を受光するようになっているので、非常にS/Hの良い
信号を出力する。この信号32bのピーク点を正確に検
出することにょうて、ウェハマーク17の中心位置を正
確に求めることができる。そして、最終的には、レチク
ルマーク4の中心、すなわち中心部4bの中央に、ウェ
ハマーク17を合致させることによって、レチクルlと
チップ33(又はウェハ3)の相対位置合わせを行なう
。このように、レチクル、ウェハの各アライメントマー
クの線方向と直角な方向に位置合わせが可能である。
The band-shaped spot light 30 passes through the reticle 1 as described above, becomes a band-shaped spot light 30' on the wafer, and scans the wafer mark 17. As mentioned above, the wafer mark 17 is a periodic structure in which minute line segment elements 31 are arranged in a line, as shown in FIG. The microelements are arranged so that the direction in which they are arranged is parallel to the longitudinal direction of the light strip 30', and the light strip 30' is scanned in the direction of the arrow in the figure. When the band-shaped spot light 30' scans the wafer mark 17, the photoelectric element 29 outputs a signal 32b as shown in the figure. Since the photoelectric element 29 is designed to receive diffracted light of the first order or higher, it outputs a signal with very good S/H. By accurately detecting the peak point of this signal 32b, the center position of the wafer mark 17 can be accurately determined. Finally, by aligning the wafer mark 17 with the center of the reticle mark 4, that is, the center of the center portion 4b, the relative positioning of the reticle 1 and the chip 33 (or the wafer 3) is performed. In this way, alignment can be performed in a direction perpendicular to the line direction of each alignment mark on the reticle and wafer.

尚、ウェハ3の露光時には、従来と同様に位置合わせ用
光学系の一部、例えばミラー24と光電素子25が、露
光領域外へ退去可能に構成されている0以上第2図〜第
5図は、従来(第1図)のアライメント系の構成を流用
してレーザ光走査型TTLアライメント方式を採用した
場合を示す基礎技術である。
Incidentally, when exposing the wafer 3, a part of the alignment optical system, for example, the mirror 24 and the photoelectric element 25, is configured to be able to move out of the exposure area as in the conventional case. This is a basic technology showing a case where the configuration of a conventional alignment system (FIG. 1) is used and a laser beam scanning type TTL alignment method is adopted.

第6図、7図は、本発明の基礎技術であり、従来のアラ
イメント光学系の配置を根本的に変えたアライメント装
置の光学系を示す、第2の基礎技術が第1の基礎技術と
大きく異なる点は、レチクルマークの形状と、レチクル
マーク、ウェハマークを走査するレーザスポット光をレ
チクルの下側(投影レンズ側)より入射していることで
ある。
Figures 6 and 7 are the basic technology of the present invention, and show the optical system of an alignment device that has fundamentally changed the arrangement of the conventional alignment optical system.The second basic technology is significantly different from the first basic technology. The difference lies in the shape of the reticle mark and that the laser spot light that scans the reticle mark and wafer mark is incident from below the reticle (projection lens side).

第6図、7図において、第2図、第3図と同一の部材、
及び同様に動作する部分については、同一の参照信号に
しである。第6図は、第2の基礎技術によるアライメン
ト装置の正面図であり、第7図は第6図を右側面からみ
た図である。レチクル1には、第6図、7図に示したよ
うなレチクルマーク34が設けられている。レチクルマ
ーク34は、第7図中、円104内に示すように、2本
の細長いスリット状の白抜き(クロムを設けない)部3
4aと、2本の白抜き部34aで挟まれたクロム面34
bとからなり、以下に述べるウェハマークへの走査光及
び、ウェハマークから・の回折光(戻り光)がクロム面
34bで反射される。尚、レチクルマーク34の線方向
は、第2図、第3図の場合と異なり、レチクル1の周辺
方向に直交するように、すなわちレチクル1の中心に向
うように設けられている。
In FIGS. 6 and 7, the same members as in FIGS. 2 and 3,
and parts that operate in the same way use the same reference signal. FIG. 6 is a front view of the alignment device according to the second basic technology, and FIG. 7 is a view of FIG. 6 viewed from the right side. The reticle 1 is provided with a reticle mark 34 as shown in FIGS. 6 and 7. The reticle mark 34 consists of two elongated slit-shaped white areas (without chrome) 3 as shown in a circle 104 in FIG.
4a and the chrome surface 34 sandwiched between the two white parts 34a
The scanning light to the wafer mark and the diffracted light (return light) from the wafer mark, which will be described below, are reflected by the chrome surface 34b. Note that, unlike in FIGS. 2 and 3, the line direction of the reticle mark 34 is provided so as to be orthogonal to the peripheral direction of the reticle 1, that is, to face the center of the reticle 1.

また、ウェハ3のチップ33上のウェハマーク17も第
2図、第3図と同様、第6図中、円102内に示すよう
に、微小線分要素31の集合からなる。たりし、ウェハ
マーク17の線方向はレチクルマーク34の線方向と同
一方向に設けられている。
Further, the wafer mark 17 on the chip 33 of the wafer 3 is also composed of a collection of minute line segment elements 31, as shown in the circle 102 in FIG. 6, as in FIGS. 2 and 3. However, the line direction of the wafer mark 17 is provided in the same direction as the line direction of the reticle mark 34.

レーザ光によるレチクルマーク34の走査は、第2図、
3図と同様、細長いスリット状のスポット光30によっ
て走査される。帯状スポット光30は、He−Cdレー
ザ光源18、コリメートレンズ系19.21、固定ミラ
ー20を介して、ビーム走査用振動ミラー22に達する
。振動ミラー22は、第6図中、紙面内の回動軸のまわ
りに振動してレーザ光を走査する。つまり、紙面と同一
面上に回転軸を有しているが、説明上、図のように示し
である。走査されたレーザ光は、レチクル1 (又はウ
ェハ3)と光学的に共役な位置に配置された視野絞り°
48、(不要なレーザ走査領域を遮光する)を通り、ミ
ラー23、レチクル1に対する対物レンズ系49、及び
ミヨ−24を介してレチクル1の斜下方からレチクルマ
ーク34付近に導ひかれ、帯状スポット光30として、
レチクルマーク34の線方向とはゾ直交する方向に走査
する。
The scanning of the reticle mark 34 by the laser beam is shown in FIG.
As in FIG. 3, scanning is performed by a spot light 30 in the form of an elongated slit. The band-shaped spot light 30 reaches the vibrating mirror 22 for beam scanning via the He-Cd laser light source 18, the collimating lens system 19.21, and the fixed mirror 20. In FIG. 6, the vibrating mirror 22 vibrates around a rotation axis in the plane of the paper to scan the laser beam. In other words, although the rotation axis is on the same plane as the paper, it is shown as shown in the figure for the sake of explanation. The scanned laser beam passes through a field stop located at a position optically conjugate with the reticle 1 (or wafer 3).
48, (which blocks unnecessary laser scanning areas), is guided from diagonally below the reticle 1 to the vicinity of the reticle mark 34 via the mirror 23, the objective lens system 49 for the reticle 1, and the millau 24, and is guided to the vicinity of the reticle mark 34. As 30,
Scanning is performed in a direction perpendicular to the line direction of the reticle mark 34.

この帯状スポット光30がレチクルマーク34を走査す
ると、第7図中、円104に示したように、白抜き部3
4aの所で帯状スポット光30はレチクル1の上方へ透
過し、レチクルマーク34の上方に配置した光電素子2
5に達する。一方クロム面34bの所では、レチクル1
の下方、すなワチ投影レンズ2の方へ反射される。この
クロム面34bで反射された帯状スポット光30は、第
2図、3図と同様に投影レンズ2によって、帯状スポッ
ト光30′としてウェハ3上を照射し、ウェハマーク1
7を走査する。この時、第6図中、円102に示すよう
に、回折光が生じる。投影レンズ2の瞳6において、0
次の回折光30″と、1次以上の高次回折光34′、3
5′が第2図、3図と同様に現われ、これら回折光は、
レチクルマーク34のクロム面34bで反射されて、レ
ーザ光の走査光学系へ戻る0回折光は、対物レンズ系4
9の一部に配置さたハーフミラ−58によって分岐され
て、ウェハマーク検出光学系へ導びかれる。
When this band-shaped spot light 30 scans the reticle mark 34, the white area 3
At point 4a, the band-shaped spot light 30 is transmitted upward through the reticle 1, and a photoelectric element 2 disposed above the reticle mark 34 is detected.
Reach 5. On the other hand, at the chrome surface 34b, the reticle 1
It is reflected downward toward the projection lens 2. The band-shaped spot light 30 reflected by the chrome surface 34b is irradiated onto the wafer 3 as a band-shaped spot light 30' by the projection lens 2 as in FIGS. 2 and 3, and the wafer mark 1
Scan 7. At this time, diffracted light is generated as indicated by a circle 102 in FIG. At the pupil 6 of the projection lens 2, 0
Next diffracted light 30'' and higher order diffraction light 34', 3
5' appears in the same way as in Figures 2 and 3, and these diffracted lights are
The zero-diffracted light that is reflected by the chrome surface 34b of the reticle mark 34 and returns to the laser beam scanning optical system is transmitted to the objective lens system 4.
The beam is branched by a half mirror 58 disposed in a part of the wafer mark detection optical system.

第2図、3図の場合と同様に、ウェハマーク17の回折
現象が発生する方向に照明光(照射ビーム)のN、A、
(開口数)を制限する、すなわち投影レンズ2の瞳6上
で、光束を帯状に制限すると、回折光は瞳6上で容易に
各次数の回折光に分離することができる。そこで、ハー
フミラ−58からの回折光は、投影レンズ2の瞳6と共
役な位置に配置された0次光のみを遮光するフィルター
27によって、1次以上の高次回折光34#、35#に
分離される。この回折光34“、35“はレンズ28で
集光されて、光電素子29に達する。尚、対物レンズ系
49の一部とレンズ系26は、瞳6を結像する光学系で
、その結像面がフィルター27の位置になる。
As in the case of FIGS. 2 and 3, the illumination light (irradiation beam) N, A,
By limiting the numerical aperture (numerical aperture), that is, by limiting the light flux into a band shape on the pupil 6 of the projection lens 2, the diffracted light can be easily separated into diffracted lights of each order on the pupil 6. Therefore, the diffracted light from the half mirror 58 is separated into high-order diffracted lights 34# and 35# of the first order or higher by a filter 27 that blocks only the zero-order light, which is placed at a position conjugate with the pupil 6 of the projection lens 2. be done. These diffracted lights 34'', 35'' are focused by a lens 28 and reach a photoelectric element 29. Note that a part of the objective lens system 49 and the lens system 26 are optical systems that form an image of the pupil 6, and the image forming plane thereof is at the position of the filter 27.

以上説明した構成において、レチクルマーク34の白抜
き部34aを透過した帯状スポット光30を受光する光
電素子25の光電信号は第8図に示すように生じる。第
8図で9、帯状スポット光30は、レチクルマーク34
を矢印の方向に走査する。この時、光電素子25は、白
抜き部34aの位置に帯状スポット光30が重なったと
き、透過光量が最も多くなるので、2つのピークを有す
る信号32aを出力する。この信号32aは、第4図の
場合と同様である。尚、光電素子29の光電信号、とウ
ェハ3上の帯状スポット光30’の位置関係は、第5図
と同様である。光電素子25と光電素子29の各出力信
号32aと32bによって、レチクルマーク34の中心
、すなわちクロム面34bの中央に、ウェハマーク17
を合致させて、レチクル1とチップ33 (ウェハ3)
の相対位置合わせが正確にできる。尚、ウェハマーク1
7以外の所に帯状スポット光30′を照射したとき、正
反射光、すなわち0次光のみが発生するので信号32b
にはピークが生じない。
In the configuration described above, the photoelectric signal of the photoelectric element 25 that receives the band-shaped spot light 30 transmitted through the white portion 34a of the reticle mark 34 is generated as shown in FIG. 9 in FIG. 8, the band-shaped spot light 30 is the reticle mark 34.
Scan in the direction of the arrow. At this time, the photoelectric element 25 outputs a signal 32a having two peaks because the amount of transmitted light is the largest when the band-shaped spot light 30 overlaps the position of the white portion 34a. This signal 32a is similar to that in FIG. The positional relationship between the photoelectric signal of the photoelectric element 29 and the band-shaped spot light 30' on the wafer 3 is the same as that in FIG. The output signals 32a and 32b of the photoelectric element 25 and the photoelectric element 29 cause the wafer mark 17 to be placed at the center of the reticle mark 34, that is, at the center of the chrome surface 34b.
Match reticle 1 and chip 33 (wafer 3)
Accurate relative positioning. Furthermore, wafer mark 1
When the band-shaped spot light 30' is irradiated to a location other than 7, only the specularly reflected light, that is, the 0th order light is generated, so the signal 32b is
No peak occurs.

第2の基礎技術において、第6図中の破線はウェハ露光
用の光(例えばg線波長)が通る領域である。こ−で明
らかなように、レチクル1の面に対して斜下方からアラ
イメント用のレーザ光を入射しているために、露光領域
内に飛び出す光学部材は、光電素子25だけである。一
般に、位置合わせのための光学系は、特に厳しい配置精
度を要求される。第2の基礎技術のように位置合わせ用
の光学系を配置すれば、レチクル1に対するレチクルマ
ーク34の位置が変わらない限り、光学系は全く動かす
必要がない。たりし、ウェハ3への露光時には、光電素
子25を露光領域外へ移動させる必要がある。しかしな
がら、光電素子25は前述のようにレチクルマーク34
の白抜き部34aを透過したレーザ光を受光するだけで
あるから、高い精度で位置を設定する必要はない。従っ
て、第1の基礎技術とくらべて、露光領域内の光学素子
はより高速に露光領域内への挿入、退去を繰り返すこと
が可能となる。
In the second basic technology, the broken line in FIG. 6 is a region through which wafer exposure light (for example, g-line wavelength) passes. As is clear, since the alignment laser beam is incident on the surface of the reticle 1 from obliquely below, the only optical member that protrudes into the exposure area is the photoelectric element 25. Generally, optical systems for positioning are required to have particularly strict positioning accuracy. If the optical system for positioning is arranged as in the second basic technique, there is no need to move the optical system at all unless the position of the reticle mark 34 with respect to the reticle 1 changes. However, when exposing the wafer 3, it is necessary to move the photoelectric element 25 out of the exposure area. However, as described above, the photoelectric element 25 is not connected to the reticle mark 34.
Since the laser beam transmitted through the white portion 34a is simply received, there is no need to set the position with high accuracy. Therefore, compared to the first basic technique, the optical element within the exposure area can be repeatedly inserted into and removed from the exposure area at a higher speed.

第9図は上記2つの基礎技術をベースにした本発明の実
施例によるアライメント装置の光学系を示す。本実施例
は、第2の基礎技術で露光領域内に配置した唯一の光学
素子である、光電素子25も露光領域外に配置するよう
にした例である。このために、第2の基礎技術で示した
レチクルマーク34の白抜き部34aを、ウェハマーク
17と同様に回折格子形状にして、レーザ光の帯状スポ
ット光30の照射によって生じる回折光を検出するよう
にしである。尚、レチクルマーク、充電素子25の配置
以外は、第2の基礎技術と全く同じ構成である。
FIG. 9 shows an optical system of an alignment device according to an embodiment of the present invention based on the above two basic technologies. This embodiment is an example in which the photoelectric element 25, which is the only optical element placed within the exposure area in the second basic technique, is also placed outside the exposure area. For this purpose, the white part 34a of the reticle mark 34 shown in the second basic technique is made into a diffraction grating shape similarly to the wafer mark 17, and the diffracted light generated by the irradiation with the band-shaped spot light 30 of the laser light is detected. That's how it is. Note that the configuration is exactly the same as the second basic technology except for the reticle mark and the arrangement of the charging element 25.

レチクル1には、レチクルマーク60が設けらているが
、その線方向(長手方向)はレチクル1の周辺方向と直
交するように位置している。第10図は、レチクルマー
・り60と帯状スポット光30の関係、及び光電信号を
示す、第2の基礎技術と同様に帯状スポット光30は細
長いスリット状の断面であり、第10図中、矢印の方向
(帯状のスポット光30の長手方向と直交する方向)に
走査する。レチクルマーク60は、帯状スポット光30
の長手方向に複数の微小線分要素を並行に配列した格子
部60aと、第2の基礎技術と同様なりロム面60bと
からなる。微小線分要素は、クロムを設けずに白抜きに
しておく。クロム面60bは第2の基礎技術と同様に、
帯状スポット光30を投影レンズ2の方へ反射すると共
に、ウェハマークからの回折光を受けて、逆光させる。
The reticle mark 60 is provided on the reticle 1, and the line direction (longitudinal direction) of the reticle mark 60 is located perpendicular to the peripheral direction of the reticle 1. FIG. 10 shows the relationship between the reticle marker 60 and the strip-shaped spot light 30, and the photoelectric signal.Similar to the second basic technology, the strip-shaped spot light 30 has an elongated slit-like cross section, and the arrows in FIG. (direction perpendicular to the longitudinal direction of the strip-shaped spotlight 30). The reticle mark 60 is a band-shaped spot light 30.
It consists of a lattice portion 60a in which a plurality of minute line segment elements are arranged in parallel in the longitudinal direction, and a ROM surface 60b which is similar to the second basic technology. The minute line segment elements are left blank without chrome. The chrome surface 60b is similar to the second basic technology,
The band-shaped spot light 30 is reflected toward the projection lens 2, and at the same time receives the diffracted light from the wafer mark and backlights it.

一方、帯状スポット光30がレチクル1の斜下方から格
子部60aを照射しはじめたとき、回折格子形状のため
に、回折光を生じる。さらに帯状スポット光30が完全
に格子部60aと重なったとき、回折光量が最も大きく
なる。この回折光は当然、1次以上の高次回折光を含む
。高次回折光は、格子部60aの長手方向に広がって生
じる。すなわち第9図において、格子部60aから露光
領域外に進む高次の回折光62が生じる。この回折光6
2を露光領域外に配置した光電素子63(先の基礎技術
における光電素子25と同等)に集光することによって
、第1と第2の基礎技術と同様のレチクルアライメント
用の信号32aが得られる。
On the other hand, when the band-shaped spot light 30 begins to irradiate the grating portion 60a from obliquely below the reticle 1, diffracted light is generated due to the shape of the diffraction grating. Further, when the band-shaped spot light 30 completely overlaps the grating portion 60a, the amount of diffracted light becomes the largest. This diffracted light naturally includes first-order or higher-order diffraction light. The higher-order diffracted light is generated by spreading in the longitudinal direction of the grating portion 60a. That is, in FIG. 9, high-order diffracted light 62 is generated that travels outside the exposure area from the grating portion 60a. This diffracted light 6
2 is focused on a photoelectric element 63 (equivalent to the photoelectric element 25 in the previous basic technique) placed outside the exposure area, a signal 32a for reticle alignment similar to the first and second basic techniques can be obtained. .

この実施例によれば、露光領域内には位置合わせ用の光
学系が介入していないため、露光時に光学素子を移動さ
せる必要がなくなり、位置合わせ終了後、たゾちにウェ
ハへの露光ができるので、きわめて高速に動作するアラ
イメント装置が得られる。尚、光電素子63は、レチク
ル1の上方で、かつ露光領域外に配置して、レチクルマ
ーク60からレチクル1の上方へ生じる高次回折光を集
光し受光するようにしてもよい。
According to this embodiment, since no alignment optical system is involved in the exposure area, there is no need to move the optical element during exposure, and the wafer can be exposed immediately after alignment. As a result, an alignment device that operates at extremely high speed can be obtained. Note that the photoelectric element 63 may be arranged above the reticle 1 and outside the exposure area to collect and receive high-order diffracted light generated from the reticle mark 60 above the reticle 1.

第11図によって、2つの基礎技術、及び本発明の実施
例に共通した、アライメントマークの位置検出のための
信号処理を説明する。
With reference to FIG. 11, signal processing for detecting the position of the alignment mark, which is common to the two basic techniques and the embodiments of the present invention, will be explained.

上記各側で説明したレーザ光の走査は、アライメントマ
ーク検出用の照明光学系中の振動ミラー22(例えばガ
ルバノミラ−)を正弦波信号で駆動することによって行
なわれる。そこで帯状スボ7)光30、帯状スポット光
30′は正弦振動いわゆる単振動となるが、振動の振幅
を十分に大きくして、振動の中心部分のレーザ光で、走
査するようにすれば、時間に対して線形に近似した走査
ができる。このため、第2図、6図に示したように、レ
ーザ光の走査中心部のみを通すような視野絞り48が設
けられている。このように、線形に近似して走査するこ
とによって、正弦波走査による、走査位置と時間の非線
形性に対する補正を加える必要がなくなる。
The scanning of the laser beam described above on each side is performed by driving the vibrating mirror 22 (for example, a galvanometer mirror) in the illumination optical system for alignment mark detection with a sine wave signal. Therefore, the band-shaped spot light 30 and the band-shaped spot light 30' become sinusoidal vibrations, so-called simple vibrations, but if the amplitude of the vibrations is made sufficiently large and the laser beam at the center of the vibrations is used for scanning, the time It is possible to scan approximately linearly. For this reason, as shown in FIGS. 2 and 6, a field diaphragm 48 is provided that allows only the scanning center portion of the laser beam to pass through. By performing scanning in a linear manner in this manner, there is no need to make corrections for nonlinearity in scanning position and time due to sinusoidal scanning.

第11図において、第11図(a)はレーザ光の走査波
形で、横軸に時間t、縦軸に走査位置を取ってあり、正
弦波状である。図中、点線A、及びBは、走査波形に対
する2本の挟み込みレチクルマーク(クロム面4 a 
s白抜き部34a、格子部60a)の位置を示し、点線
Cはウェハマーク17の走査長波形に対する位置を、点
線りは2本の挟み込みレチクルマークの中心の走査波形
に対する位置を示す、こ\で、点線CとDが一致するよ
うに、レチクル1、又はウェハ3を動かすことによって
、レチクルマークの中心にウェハマークが位置合わせさ
れることになる。第11図(b)は、レチクルマークを
検出する光電素子25又は光電素子63の出力偏寄32
aを示す。信号32aは、各側で説明したように、レー
ザ光ビームの帯状スポット光30の正弦波走査(往復)
によって2つのピークレベルPa、Pbを交互に発生す
る。第11図(C)は、ウェハマークが点線Cの位置に
あるときに、ウェハマークを検出する光電素子29の出
力信号32bを示し、第11図(d)は、ウェハマーク
が点線りの位置にあるときの出力信号32bを示す。
In FIG. 11, FIG. 11(a) shows the scanning waveform of the laser beam, in which the horizontal axis represents time t and the vertical axis represents the scanning position, which is sinusoidal. In the figure, dotted lines A and B indicate two sandwiched reticle marks (chrome surface 4 a
The dotted line C indicates the position of the wafer mark 17 with respect to the scanning long waveform, and the dotted line C indicates the position of the center of the two sandwiched reticle marks with respect to the scanning waveform. By moving the reticle 1 or the wafer 3 so that the dotted lines C and D match, the wafer mark is aligned to the center of the reticle mark. FIG. 11(b) shows the output bias 32 of the photoelectric element 25 or photoelectric element 63 that detects the reticle mark.
Indicates a. The signal 32a is a sine wave scanning (back and forth) of the band-shaped spot light 30 of the laser light beam, as explained on each side.
Two peak levels Pa and Pb are generated alternately. FIG. 11(C) shows the output signal 32b of the photoelectric element 29 that detects the wafer mark when the wafer mark is at the dotted line C, and FIG. 11(d) shows the output signal 32b of the photoelectric element 29 when the wafer mark is at the dotted line C. The output signal 32b is shown when

信号32a、32bは、適当な信号処理回路、(例えば
信号のピーク点を検出する回路等を含む)によって第1
1図(a)、(f)、(幻のような2値化信号に変換さ
れる。第11図(e)は、信号32aのピーク点でデジ
タルなパルス信号Ap、Bpを発生し、第11図(f)
 (g)は、それぞれ信号32bのピーク点でデジタル
なパルス信号Wpを発生する様子を示す、このようにし
て得られたパルス信号Ap。
The signals 32a, 32b are first processed by suitable signal processing circuitry (including, for example, a circuit for detecting the peak point of the signal).
Figure 1 (a), (f), (converted into a phantom binary signal). In Figure 11 (e), digital pulse signals Ap and Bp are generated at the peak point of the signal 32a, and Figure 11(f)
(g) shows the pulse signal Ap obtained in this manner, showing how a digital pulse signal Wp is generated at the peak point of the signal 32b.

Bp、Wpの3つの信号が位置合わせのためのアライメ
ント信号となる。このパルス信号から、各アライメント
マークの位置を正確に検出するにはレーザ光の走査振幅
を十分太き(して、正弦波の線形性(直線性)が一番高
い所で各アライメントマークを走査すればよい。このよ
うに、線形性のよい部分で走査すればパルス信号Ap、
Bp、Wp相互の時間的ずれは、レチクルマークとウェ
ハマークの位置差(距M)に比例して近似できる。
The three signals Bp and Wp serve as alignment signals for positioning. From this pulse signal, in order to accurately detect the position of each alignment mark, the scanning amplitude of the laser beam should be set sufficiently thick (and each alignment mark should be scanned at the point where the linearity of the sine wave is highest). In this way, by scanning in a portion with good linearity, the pulse signal Ap,
The mutual time shift between Bp and Wp can be approximated in proportion to the positional difference (distance M) between the reticle mark and the wafer mark.

そこで、パルス信号ApとWpまでの時間Δ1tとパル
ス信号BpとWpまでの時間Δ1.とを検出すれば、レ
チクルマークとウェハマークの相対的な位置が求められ
る。そして、Δ1.=Δt2になるように、レチクルマ
ーク又はウェハマークを移動すれば、(レチクル1又は
ウェハ3を動かす、)ウェハとレチクルの位置合わせが
達成される。この時、パルス信号Wpは第11図(川の
ようになる。
Therefore, the time Δ1t between the pulse signals Ap and Wp and the time Δ1 . If this is detected, the relative position of the reticle mark and wafer mark can be determined. And Δ1. By moving the reticle mark or wafer mark so that =Δt2 (by moving reticle 1 or wafer 3), alignment of the wafer and reticle is achieved. At this time, the pulse signal Wp becomes like a river in FIG.

尚、走査の線形近似領域が十分に広くなるように、大き
な振幅でレーザ光を振動させれば、ビーム走査の振動中
心をレチクルマークの中心に一致させる必要はない。す
なわち、第11図(a)で示した点線AとBの範囲が、
正弦波の線形近似領域内であればよい。
Note that if the laser beam is vibrated with a large amplitude so that the linear approximation region of scanning is sufficiently wide, it is not necessary to align the vibration center of beam scanning with the center of the reticle mark. That is, the range of dotted lines A and B shown in FIG. 11(a) is
It suffices if it is within the linear approximation region of the sine wave.

以上、第1、第2の基礎技術、及び本発明の詳細な説明
において、レチクルマークはレチクル1上に1か所にし
か設けていなかったが、レチクルlの周辺部(実際の回
路パターン描画領域の周辺部でもよい。)に同様のレチ
クルマークを複数設けておいて、レチクル1とウェハ3
の2方向の位置決めを行なう。
In the detailed explanation of the first and second basic techniques and the present invention, the reticle mark was provided only at one place on the reticle 1, but the reticle mark was provided at only one place on the reticle 1 (the area where the actual circuit pattern is drawn). A plurality of similar reticle marks may be provided on the periphery of the reticle 1 and the wafer 3.
Performs positioning in two directions.

第12図は、レチクル1にレチクルマークを設けた他の
実施例を示す。2つのアライメントマークによって、直
交する2方向の位置決めを行なうほかに、ステップアン
ドリピート式の露光装置では、レチクルとウェハの相対
的なθ回転補正が必要とされる。この為には、レチクル
1上の3ケ所にレチクルマークを設けるとよい、この際
、ウェハ上の各チップにも、レチクルマークに対応して
、ウェハマークが設けられる。第12図(a)は、レチ
クルマークYとレチクルマークθ (θ回転補正の検出
用)の長手方向を同一線上に設けた例で、第12図(C
1は、レチクルマークXとレチクルマークθの長手方向
を同一線上に設けた例である。また、第12図中)のよ
うに、レチクル1の対角線上に放射状に長手方向が延び
るようにレチクルマークを設けてもよい。
FIG. 12 shows another embodiment in which the reticle 1 is provided with reticle marks. In addition to positioning in two orthogonal directions using two alignment marks, a step-and-repeat type exposure apparatus requires relative θ rotation correction between the reticle and the wafer. For this purpose, reticle marks are preferably provided at three locations on the reticle 1. At this time, each chip on the wafer is also provided with a wafer mark corresponding to the reticle mark. Figure 12(a) is an example in which the longitudinal direction of the reticle mark Y and the reticle mark θ (for detecting θ rotation correction) are provided on the same line.
1 is an example in which the longitudinal directions of the reticle mark X and the reticle mark θ are provided on the same line. Further, as shown in FIG. 12), reticle marks may be provided so that the longitudinal direction extends radially on the diagonal of the reticle 1.

さらに、他の変更例として、ウェハマーク、又はレチク
ルマークの回折格子を第13図に示すように、微小線分
要素を長手方向に対して、例えば45°傾斜させて構成
する。このようにすると、回折光の回折方向が変わり、
周辺の回路パターンからの散乱、回折光と区別すること
も可能となる。
Furthermore, as another example of modification, the diffraction grating of the wafer mark or reticle mark is configured such that the minute line segment elements are inclined at, for example, 45 degrees with respect to the longitudinal direction, as shown in FIG. By doing this, the diffraction direction of the diffracted light changes,
It is also possible to distinguish it from scattered and diffracted light from surrounding circuit patterns.

上述した実施例で、レーザ光はHe−Cdレーザ光源か
ら得るため、ウェハ上でレーザの帯状スポット光30′
を走査することは、ホトレジストの感光を意味する。従
って、ウェハ上のウェハマークとレチクル上のレチクル
マークの位置合わせをする場合、ウェハマークは、帯状
スポット光30′の走査領域内に存在することが望まし
い。
In the embodiment described above, since the laser light is obtained from a He-Cd laser light source, the belt-shaped spot light 30' of the laser is generated on the wafer.
Scanning means exposing the photoresist. Therefore, when aligning the wafer mark on the wafer and the reticle mark on the reticle, it is desirable that the wafer mark exist within the scanning area of the band-shaped spot light 30'.

換言するなら、レチクルとウェハは、それぞれのアライ
メントマークが大まかに整合される程度にあらかじめ位
置合わせされている必要がある。このためには、例えば
、投影レンズの外側に別のアライメント光学手段を設け
、ウェハ上の特定のマークを検出することによってウェ
ハとレチクルの相対位置を合わせるようにすればよい。
In other words, the reticle and wafer must be pre-aligned to such an extent that their respective alignment marks are roughly aligned. For this purpose, for example, another alignment optical means may be provided outside the projection lens, and the relative positions of the wafer and reticle may be adjusted by detecting specific marks on the wafer.

(オフ・アクシス方式のアライメント) 一般にウェハは、1つの集積回路チップを作るのに、単
なるレチクルパターンで複数回、露光される。従って、
そのたびに本発明の実施例のようにTTL・ステップ・
アライメントを行なうと、ポジレジストの場合ウェハマ
ークは、現像、エツチング処理によって除去されてしま
う。そこで、ウェハへの第1回目の露光の際に、1つの
チップ内に複数のウェハマークをいっしょに焼き付ける
(Off-Axis Alignment) Generally, a wafer is exposed multiple times with a simple reticle pattern to produce one integrated circuit chip. Therefore,
Each time, as in the embodiment of the present invention, TTL, step,
When alignment is performed, in the case of a positive resist, wafer marks are removed by development and etching processing. Therefore, during the first exposure of the wafer, a plurality of wafer marks are printed together in one chip.

そして、複数のレチクルの各々には、ウェハマークに対
応するような異なる位置にレチクルマークが設けられる
Reticle marks are provided on each of the plurality of reticles at different positions corresponding to the wafer marks.

尚、アライメントマークは、レチクル上に1本、ウェハ
上に1対の挟みマークでもよい、また、多数本それぞれ
並べても同様の処理が可能である。
Note that the alignment mark may be one on the reticle and a pair of sandwich marks on the wafer, or the same processing can be performed even if a large number of alignment marks are arranged.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は、従来技術による位置合わせ装置を示す図、 第2図及び第3図は、本発明の基礎となる第1の技術に
よる位置合わせ装置の光学系を示す図、第4図は第2図
及び第3図に示したレチクルマークからの光電信号を示
す図、 第5図は第2図及び第3図に示したウェハマークからの
光電信号を示す図、 第6図及び第7図は本発明基礎となる第2の技術による
位置合わせ装置の光学系を示す図、第8図は、第6図及
び第7図に示したレチクルマークからの光電信号を示す
図、 第9図は、本発明の実施例による位置合わせ装置の光学
系を示す図、 第10図は、第9図示の実施例のレチクルマークからの
光電信号を示す図、 第11図は本発明の実施例に適用されるアライメントマ
ークの位置検出のための信号処理を説明する図、 第12図はレチクルマークのレイアウトを示す図、 第13図はウェハマーク、又はレチクルマークの回折格
子の形状の変更例を示す図である。 〔主要部分の符号の説明〕 転写物・・−・−・−−一−−・・−一−−−−−・−
・−・・−・−・1第1のマーク領域・−・・・・・−
4 被転写物−・−・−・−・−・−・−・−・−・・3第
2のマーク領域−・・・−・−・17照射手段・−・−
・・−・・・・−・−・・・−18出 願 人 : 日
本光学工業株式会社第2図    第3図 第6図  第7図 第4図 第5図 第11図 第12図 ((1)    (b)    (C)第り図 〃W幼〃〃 」7
FIG. 1 is a diagram showing a positioning device according to the prior art, FIGS. 2 and 3 are diagrams showing an optical system of the positioning device according to the first technology, which is the basis of the present invention, and FIG. FIG. 5 is a diagram showing photoelectric signals from the reticle marks shown in FIGS. 2 and 3. FIG. 5 is a diagram showing photoelectric signals from the wafer marks shown in FIGS. 2 and 3. FIGS. 6 and 7 8 is a diagram showing the optical system of the alignment device according to the second technique that is the basis of the present invention, FIG. 8 is a diagram showing photoelectric signals from the reticle marks shown in FIGS. 6 and 7, and FIG. , FIG. 10 is a diagram showing a photoelectric signal from the reticle mark of the embodiment shown in FIG. 9, and FIG. 11 is applied to the embodiment of the present invention. Figure 12 is a diagram showing the layout of the reticle mark; Figure 13 is a diagram showing an example of changing the shape of the diffraction grating of the wafer mark or reticle mark. It is. [Explanation of symbols of main parts] Transcript・・−・−・−−1−−・・−1−−−−−・−
・−・・−・−・1 First mark area・−・・・・・−
4 Transferred object ---・----------------- 3 Second mark area ---- 17 Irradiation means ---
・・・・・・・−・−・・・・−18 Applicant: Nippon Kogaku Kogyo Co., Ltd. Figure 2 Figure 3 Figure 6 Figure 7 Figure 4 Figure 5 Figure 11 Figure 12 (( 1) (b) (C) Figure 7

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)マスクのパターンを投影光学系を介して被転写物
に投影する際、該マスクのパターン周辺に設けられた第
1マーク領域からの光情報を検知すると共に、前記被転
写物に設けられた第2マーク領域からの光情報を前記投
影光学系を介して検知することにより、前記マスクと被
転写物とを相対的に位置合わせする装置において、前記
マスクと投影光学系との間で前記マスクのパターンの投
影光路外から、前記第1マーク領域に向けてコヒーレン
トな照明光を照射する照射手段を設け; 前記第1マーク領域は、該照明光の照射により前記投影
光路外に向う回折光を発生させる回折パターン部と、前
記照明光を前記投影光学系を介して前記第2マーク領域
に向ける光反射部とを有することを特徴とする位置合わ
せ装置。
(1) When projecting a pattern on a mask onto an object to be transferred via a projection optical system, optical information from a first mark area provided around the pattern on the mask is detected, and light information provided on the object to be transferred is detected. In the apparatus for relatively aligning the mask and the transferred object by detecting optical information from the second mark area via the projection optical system, the optical information is detected between the mask and the projection optical system. An irradiation means is provided for irradiating coherent illumination light toward the first mark region from outside the projection optical path of the pattern of the mask; the first mark region is irradiated with diffracted light directed outside the projection optical path by the irradiation of the illumination light. A positioning apparatus comprising: a diffraction pattern section that generates a light beam; and a light reflection section that directs the illumination light toward the second mark area via the projection optical system.
(2)前記第1マーク領域の回折パターン部は前記光反
射部を挟んだ2ケ所に形成され、該光反射部の中心を通
り、該2ケ所の回折の回折パターン部の線対称の中心と
なる線の方向がほぼ前記マスクの中心に向うように定め
られていることを特徴とする特許請求の範囲第1項記載
の装置。
(2) The diffraction pattern portions of the first mark area are formed at two locations sandwiching the light reflection portion, and pass through the center of the light reflection portion, and the diffraction pattern portions of the first mark region are formed at two locations sandwiching the light reflection portion, and pass through the center of the line symmetry of the diffraction pattern portions of the two diffraction locations. 2. The apparatus according to claim 1, wherein the direction of the line is directed approximately toward the center of the mask.
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